公布日：2023.05.05
申请日：2023.01.04
分类号：C02F1/467(2023.01)I;C02F1/461(2023.01)I;C02F1/70(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法。本发明通过稀土元素掺杂制备钛基氧化物涂层电极，并通过含磷和/或含硫的无机盐或有机物作为添加剂以提高电化学还原硝酸盐生成氮气和/或氨气的选择性，从而在高盐废水的硝酸盐去除中具有高选择性，可将硝酸盐电还原成氮气和/或氨气而脱除，且氨气可进一步回收作为氮肥。
权利要求书
1.一种电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法，其特征在于，包括如下步骤：提供阳极和稀土元素掺杂阴极；在电解槽中加入高盐废水，以所述阳极和所述稀土元素掺杂阴极进行电化学还原反应，将所述硝酸盐还原成氮气和/或氨气而被去除；其中，所述稀土元素掺杂阴极的制备方法包括：提供钛基金属电极和前驱体溶液，所述前驱体溶液包括金属氧化物、含稀土元素的盐类、含硫和/或含磷的无机盐或有机物；将所述前驱体溶液涂覆在所述钛基金属电极表面，进行烧结处理；再经恒温晶化处理，得到稀土元素掺杂阴极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物选自Sb-SnO2、RuO2、IrO2中的至少一种；所述含稀土元素的盐类为La、Ce和/或Pr的氯化物、硫酸盐和/或硝酸盐。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驱体溶液中，所述金属氧化物、所述含稀土元素的盐类、所述含硫和/或含磷的无机盐或有机物的摩尔浓度比为100:(0.05-1):(0.01-0.1)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧结处理是在富氧气氛、0.2-2.0MPa的压力下进行，烧结温度为500-1200℃，烧结时间为30-120min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒温晶化处理的温度为500-800℃，时间为12-48h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电化学还原反应时，施加的电流密度为10-50mA/cm2，所述高盐废水的pH控制在3-7，反应时间为0.5-3h。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，将所述前驱体溶液涂覆在所述钛基金属电极表面，进行烧结处理的步骤重复多次；优选地，重复10-20次。
8.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述钛基金属电极还经过表面预处理；优选地，所述表面预处理包括：除油、除氧化层、形成粗糙表面中的至少一种；更优选地，所述除油是采用碱液、有机溶剂和去离子水依次清洗所述钛基金属电极，重复至少三次；所述除氧化层是采用粗砂纸、细砂纸进行分级打磨，直至所述钛基金属电极表面的氧化层全部去除；所述形成粗糙表面是采用5％-10％的草酸溶液浸泡所述钛基金属电极12-48h。
9.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述高盐废水是煤化工废水经膜分盐浓缩后产生的浓盐水，经蒸发浓缩结晶的NaCl工业盐排杂的离心母液，再经去除有机物、钙镁离子、重金属及Si杂质后的产物。
10.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述高盐废水经电化学反应后，残余硝酸根离子的浓度低于60mg/L。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法，旨在通过提供对高盐废水中的硝酸盐具有高选择性的高催化活性稀土元素掺杂阴极，从而通过电化学还原反应，高效定向去除高盐废水中的硝酸盐。
为了实现上述发明目的，本发明一方面，提供了一种电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法，其包括如下步骤：
提供阳极和稀土元素掺杂阴极；
在电解槽中加入高盐废水，以所述阳极和所述稀土元素掺杂阴极进行电化学还原反应，将所述硝酸盐还原成氮气和/或氨气而被去除；
其中，所述稀土元素掺杂阴极的制备方法包括：
提供钛基金属电极和前驱体溶液，所述前驱体溶液包括金属氧化物、含稀土元素的盐类、含硫和/或含磷的无机盐或有机物；
将所述前驱体溶液涂覆在所述钛基金属电极表面，进行烧结处理；
再经恒温晶化处理，得到稀土元素掺杂阴极。
本发明另一方面，提供了一种稀土元素掺杂阴极的制备方法，其包括：
提供钛基金属电极和前驱体溶液，所述前驱体溶液包括金属氧化物、含稀土元素的盐类、含硫和/或含磷的无机盐或有机物；
将所述前驱体溶液涂覆在所述钛基金属电极表面，进行烧结处理；
再经恒温晶化处理，得到稀土元素掺杂阴极。
本发明再一方面，提供了一种稀土元素掺杂阴极，其是通过本发明稀土元素掺杂阴极的制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明提供的电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法，通过提供一种新的稀土元素掺杂阴极，该阴极是基于稀土元素的原子或离子未充满的4f壳层使其具有较高的电子传递活性，通过稀土元素掺杂制备具有钛基氧化物涂层电极，并通过含磷和/或含硫的无机盐或有机物作为添加剂以提高电化学还原硝酸盐生成氮气和/或氨气的选择性，从而在高盐废水的硝酸盐去除中具有高选择性，可将硝酸盐电还原成氮气和/或氨气而脱除，且氨气可进一步回收作为氮肥。
2)本发明提供的电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法，可以深度去除高盐废水中的硝酸盐，具有效率高、能耗低的优点，可广泛用于各种工业领域产生的高盐废水的硝酸盐的高效去除，具有广泛且良好的应用前景。
（发明人：魏江波;石绍渊;石国华;陈冬冬;崔馨予）
